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We resolve the domain-imbalance issue in RGBT detection by decoupling the framework into three sub-detectors and leveraging Contrastive Loss to pull intrinsic RGB-Thermal features closer while pushing domain-specific traits apart.

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Abstract

  • 실 환경에서의 객체 탐지는 RGB, Thermal과 같은 단일 모달리티 입력에만 의존할 때 문제 발생
  • 단일 네트워크 파라미터 세트만 사용해 RGB, 열화상, RGBT 통합 탐지를 가능하게 하는 객체 탐지 프레임워크

Introduction

  • 기존 메서드는 RGB 및 Thermal 이미지 같은 단일 모달리티에 의존

  • RGB는 (b)처럼 연기에 가려진 객체를 인식하기 어려움

  • Thermal은 (e)처럼 온도 분포가 유사한 객체들을 구분하기 어려움

  • RGBT는 Fusion 연산을 활용해 한쪽 Modality의 식별력이 떨어질 때 다른 쪽의 명확한 특성을 이용함 → 더 높은 탐지 정확도 달성

  • 정렬된 RGB 및 Thermal 입력에 의존하여 유연성 및 실용성이 떨어짐 → 단일 모달리티의 유연성 vs RGBT의 성능

  • 단일 모달리티 이미지에 객체 식별을 위한 유용한 정보가 포함되어 있다고 가정 → 네트워크는 이런 정보보다 두드러진 Feature에 집중

  • 단일 모달리티를 RGBT 데이터를 이용해 열화상 탐지기 성능 향상

    • Thermal 모달리티에만 국한되며, RGB 및 RGBT에 적용될 경우 성능 저하

중요한 것은 도전적인 환경에서 특성 추출을 위해 미세 단서들을 활용해야함

  • IFE와 NFE 사이에 대조학습을 적용 → 본질적 특성과 비식별적 특성의 분리 유도
  • 표상력이 약하고, 어려운 타깃에 대해 반응성이 높은 특성 생성

Related Works

Single-Modality Object Detection

  • 기존 단일 Modality 객체 탐지기는 2-Stage or 1-Stage
  • 2-Stage는 정확도는 높지만 연산 효율성이 떨어짐 (R-CNN)
  • 1-Stage는 빠른 추론 속도를 제공, 다만 정확성이 낮아짐 (YOLO)
  • 트랜스포머 기반 모델은 RGB에 초점을 맞춰 설계가 됐기에 열악한 환경 조건에서는 탐지가 힘듦
  • Thermal 이미지는 세부 정보가 부족하여 유사한 온도 / 온도 대비가 낮은 객체를 구별하기 어려움

RGBT Fusion Object Detection

  • 이미지 수준 Fusion

    • 픽셀 수준에서 RGB와 Thermal 결합
    • 최적화 및 연산 오버헤드 문제
  • 특징 수준 Fusion

    • Self-Attention 및 Cross-Atttention 메커니즘 활용

Single-Modality Inference with Multi-Modal Training

  • 학습 단계에서 RGBT 데이터를 활용하는 방식이 주목받음
  • 특성 학습 증강을 위한 열화상-가시광선 번역
  • 적외선 입력으로부터 RGB 특성을 환각 생성
  • EMA 기반 Dual-Domain Teacher
  • RGBT 지식을 Thermal 전용 학생 모델로 전달

Method

  • Backbone에서 추출되는 특징을 2가지로 분해 가능

  • Modality 불변 내재적 특성 : $Φ_I^m$

    • 본질적인 물리적 특성 반영
    • 객체 탐지 작업에 유용한 의미론적 정보 포함한다고 가정
    • 내재적 특징과 목표 레이블 사이 상호 정보량이 최대화
    • $I(Φ_I^m;Y_{task})→max$
  • 비판별적 Modality : $Φ_N^m$

    • Modality 특성이나 환경으로 생기지만 도움 되지 않는 정보
    • NFE가 뽑아낸 특징만 보고는 객체 종류를 맞추면 안됨
    • $I(Φ_N^m;Y_{task})≈0$
  • 고차원 특징 표현과 목표 레이블 사이 상호정보량을 직접 계산 하는 것은 힘듦

RGB 이미지와 Thermal 이미지 중 어느 하나가 입력되더라도 내재적 특징을 추출하고 이를 객체 탐지에 활용할 수 있는 통합 검출기 구축

  • Detector를 BFE → IFE → IFD로 분류
  • 학습할 때만 NFE 추가
  • BFE의 가중치를 공유 → 하나의 Detector로 RGB 및 Thermal 처리
  • Thermal의 경우 1채널이지만 RGB의 구조를 맞추기 위해 3번 복제
  • Head는 Decoupled Head

Detection Loss

  • Classification은 Cross-Entropy Loss
  • Regression은 L1 Loss

Feature Separation Loss

  • RGB Intrinsic ↔ Thermal Intrinsic (가깝게)
  • Intrinsic ↔ Non-Discriminative (멀게)
  • RGB Non-Discriminative ↔ Thermal Non-Discriminative (멀게)

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We resolve the domain-imbalance issue in RGBT detection by decoupling the framework into three sub-detectors and leveraging Contrastive Loss to pull intrinsic RGB-Thermal features closer while pushing domain-specific traits apart.

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